CN115021707A - 振动器件 - Google Patents
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Abstract
振动器件。提供能够提高可靠性的振动器件。振动器件具有：基座；振动元件，其配置于基座；环状的树脂体，其与基座接合，在俯视观察时包围振动元件；以及盖，其被配置成与基座一起夹着振动元件，在树脂体的与盖对置的表面配置有第1金属层，在盖的与树脂体对置的表面配置有第2金属层，第1金属层和第2金属层被接合，由此，振动元件被基座、树脂体和盖密封。
Description
技术领域
本发明涉及振动器件。
背景技术
例如，专利文献1公开了如下的压电振动器件：具备具有振动部的压电振动板，在振动部的周围的压电振动板的两个主面接合树脂膜，由此，对振动部进行密封。根据专利文献1，通过采用这种构造，能够提供低价的压电振动器件。
专利文献1：日本特开2020-141264号公报
但是，在专利文献1记载的构造中，通过作为有机材料的树脂膜对振动部进行密封，因此，与利用无机材料进行密封的结构相比，气密性较差，存在容易产生振动器件的频率随时间变化的课题。
发明内容
振动器件具有：基座，其具有第1面和与所述第1面处于正反关系的第2面；振动元件，其配置于所述第1面；环状的树脂体，其具有与所述第1面接合的第3面和与所述第3面处于正反关系的第4面，在从与所述第1面正交的方向俯视观察时包围所述振动元件；以及盖，其具有第5面和与所述第5面处于正反关系的第6面，被配置成利用所述第1面和所述第5面夹着所述振动元件，所述树脂体在包含所述第4面的表面配置有第1金属层，所述盖在所述第5面配置有第2金属层，所述第1金属层和所述第2金属层被接合，由此，所述振动元件被所述基座、所述树脂体和所述盖密封。
附图说明
图1是示出振动器件的结构的概略立体图。
图2是图1所示的振动器件的沿着A-A’线的剖视图。
图3是示出在振动器件中取下盖的状态的结构的俯视图。
图4是按照工序顺序示出振动器件的制造方法的流程图。
图5是示出振动器件的制造方法的剖视图。
图6是示出振动器件的制造方法的剖视图。
图7是示出振动器件的制造方法的剖视图。
图8是示出振动器件的制造方法的剖视图。
图9是示出振动器件的制造方法的剖视图。
标号说明
10：基座；10a：第1面；10b：第2面；20：树脂体；20a：第3面；20b：第4面；20b1：接合面；20c、20d：侧面；21：保护膜；30：盖；30a：第5面；30a1：接合面；30b：第6面；31：绝缘层；40：接合部；41：第1金属层；42：第2金属层；50：半导体基板；51：绝缘层；52：集成电路；60：外部端子；61：贯通电极；62：绝缘层；70：振动元件；71：振动基板；72：激励电极；73：激励电极；74：导电性接合部件；75：安装电极；100：振动器件。
具体实施方式
在以下的各图中，将彼此正交的3个轴设为X轴、Y轴和Z轴进行说明。将沿着X轴的方向设为“X方向”，将沿着Y轴的方向设为“Y方向”，将沿着Z轴的方向设为“Z方向”，箭头的方向是+方向，将与+方向相反的方向设为-方向。另外，有时将+Z方向称为“上”或“上方”，将-Z方向称为“下”或“下方”，将从+Z方向观察称为俯视观察或俯视。此外，将Z方向+侧的面设为上表面、将与其相反一侧的Z方向-侧的面设为下表面来进行说明。
进而，在以下的说明中，例如，针对基板，“基板上”这样的记载表示接触地配置在基板上的情况、隔着其他构造物配置在基板上的情况、或一部分接触地配置且一部分隔着其他构造物配置在基板上的情况中的任意一种情况。
首先，参照图1～图3对振动器件100的结构进行说明。
如图1所示，振动器件100具有基座10、配置于基座10上的树脂体20、配置于树脂体20上的盖30、以及接合树脂体20和盖30的接合部40。
在基座10的上表面配置有后述的半导体基板50(参照图2)。在基座10的下表面具有与外部进行电连接的外部端子60。在基座10上配置有后述的振动元件70(参照图2)。树脂体20以包围振动元件70的方式呈环状配置于基座10上。而且，通过在树脂体20上配置盖30，能够对振动元件70进行密封。
另外，接合部40在树脂体20与盖30的接合中，为了提高气密性，通过第1金属层41和第2金属层42进行接合。下面，参照图2和图3对振动器件100的结构进行具体说明。
如图2和图3所示，振动器件100的基座10具有配置有振动元件70的一侧的第1面10a和与第1面10a处于正反关系且配置有外部端子60的一侧的第2面10b。
树脂体20具有与基座10的第1面10a接合的第3面20a和与第3面20a处于正反关系的第4面20b。如图3所示，在俯视观察时(从与第1面10a正交的方向观察时)，树脂体20以包围振动元件70的方式呈环状配置于基座10上。作为树脂体20的材料，能够使用公知的材料例如感光性的树脂。
此外，树脂体20在与第3面20a以及第4面20b连接的侧面20c、20d包覆有由无机材料构成的保护膜21。作为无机材料，例如是氧化硅(SiO2)。此外，树脂体20在第4面20b也包覆有保护膜21。这样，通过在树脂体20的第4面20b、侧面20c、20d包覆保护膜21，能够提高气体阻隔性，能够提高树脂体20中的气密性。
盖30具有配置有振动元件70的一侧的面即第5面30a和与第5面30a处于正反关系的第6面30b。即，能够配置成利用盖30的第5面30a和基座10的第1面10a夹着振动元件70。盖30例如由硅基板形成。另外，在盖30的第5面30a形成有绝缘层31。绝缘层31例如是氧化硅(SiO2)。
在基座10中，如上所述，在第1面10a侧或第2面10b侧中的至少一方配置有具有集成电路52的半导体基板50。如图2所示，树脂体20与集成电路52的至少一部分重叠地配置。换言之，树脂体20与具有集成电路52的半导体基板50的至少一部分重叠地配置。集成电路52是具有晶体管等有源元件的电路。
此外，在基座10的第1面10a形成有绝缘层51。绝缘层51例如是氧化硅(SiO2)。绝缘层51的厚度例如为1μm。即，覆盖具有集成电路52的半导体基板50的上表面。绝缘层51具有保护集成电路52的功能。
这样，具有集成电路52的半导体基板50和树脂体20重叠地配置，因此，相比于集成电路52和树脂体20不重叠地配置的情况，能够使振动器件100小型化。此外，在由于在第1面10a侧配置集成电路52而在基座10中的接合面产生凹凸的情况下，也能够利用树脂体20吸收凹凸，因此，能够提高振动器件100的气密性。
接合部40是配置于树脂体20的第4面20b的第1金属层41和配置于盖30的第5面30a的第2金属层42被活性化接合的部分。活性化接合通过被活性化的金属表面的自由能来进行，通过金属原子的扩散和重组来完成接合层，因此，在接合后，不存在接合界面，得到接近材料的母材强度的接合强度。此外，在接合时不施加过大的热或压力，因此，能够抑制接合后的残留应力，能够抑制振动元件70的频率变动的影响。
此外，第1金属层41和第2金属层42作为接合金属发挥功能，由包含金(Au)的材料构成。本实施方式的第1金属层41和第2金属层42由金的薄膜构成。这样，因为由金的薄膜构成，所以，在第1金属层41和第2金属层42的表面不会形成金属氧化膜。由此，在活性化接合或原子扩散结合中，不需要去除金属氧化膜，能够容易地接合第1金属层41和第2金属层42。此外，表面粗糙度较小，因此，能够在常温下无载荷或少载荷地实现接合。由此，位于接合部40的下层的绝缘层、CMOS晶体管、电容器等电路元件功能不会由于接合而受损。
另外，设置于树脂体20的第1金属层41的厚度例如为20nm。设置于盖30的第2金属层42的厚度例如为20nm。即，由第1金属层41和第2金属层42构成的接合部40的厚度为40nm。另外，作为第1金属层41和第2金属层42的基底的密接层，例如可以使用钛(Ti)、或钛(Ti)和钨(W)的层叠膜。由此，作为减少由于线膨胀差而引起的应力的应力缓和层，能够提高可靠性。
振动元件70以悬臂梁的状态安装于基座10的第1面10a。振动元件70具有振动基板71、配置于振动基板71的上表面的激励电极72和配置于振动基板71的下表面的激励电极73。振动元件70经由与激励电极72、73连接的导电性接合部件74以及安装电极75，与半导体基板50的集成电路52电连接。
此外，第1金属层41和第2金属层42被接合，由此，振动元件70成为被基座10、树脂体20和盖30真空密封的状态。由此，在振动器件100的内部形成密封的空间S。
外部端子60形成于基座10的第2面10b。外部端子60经由贯通基座10而设置的贯通电极61，与半导体基板50的集成电路52电连接。在外部端子60与基座10之间形成有绝缘层62。该绝缘层62还形成于贯通电极61与基座10之间。
接着，参照图4～图9对振动器件100的制造方法进行说明。另外，振动器件100的制造方法主要具有基座10(和树脂体20)的形成工序、振动元件70的形成工序、盖30的形成工序、接合和单片化的工序。
首先，对基座10的制造方法进行说明。在步骤S11中，准备硅晶片，在成为基座10的部分形成用于形成贯通电极61的贯通孔。具体而言，对基座10实施干蚀刻处理而形成贯通孔。接着，在贯通孔的内壁形成热氧化膜，完成形成有绝缘层62的贯通孔。
在步骤S12中，形成贯通电极61。具体而言，例如，通过将被注入了硼(B)的多晶硅嵌入贯通孔中而形成。也可以在形成半导体基板50后形成贯通电极61。另外，通过先形成贯通电极61，能够减少多层化的半导体基板50的缺陷，形成高品质的基座10。
在步骤S13中，使用公知的制造方法形成具有集成电路52的半导体基板50。在步骤S14中，在半导体基板50上形成安装电极75。具体而言，在包含半导体基板50的基座10的上表面形成绝缘层51。然后，形成与未图示的集成电路52电连接的电极，在电极上形成安装电极75和导电性接合部件74。
在步骤S15中，在基座10的上表面形成树脂体20。首先，在基座10的上表面(即第1面10a)的周围例如涂敷感光性树脂而形成树脂体20。然后，如图5所示，在配置有树脂体20的基座10的整体例如形成氧化硅。由此，在从树脂体20的上表面(即第4面20b)到侧面20c、20d的树脂体20的表面整体形成氧化硅的保护膜21。
在步骤S16中，在树脂体20的第4面20b形成构成接合部40的第1金属层41。具体而言，如图6所示，在树脂体20的形成接合部40的接合面20b1，例如以钛(Ti)的薄膜为基底，例如通过溅射处理和蚀刻处理而形成金(Au)的薄膜。将钛的薄膜和金的薄膜合起来例如为20nm。
接着，在步骤S21中，使用公知的制造方法形成振动元件70。在步骤S22中，将振动元件70搭载于基座10。具体而言，经由导电性接合部件74使振动元件70的未图示的端子和安装电极75电连接。由此，在基座10的第1面10a搭载振动元件70。
接着，对盖30的制造方法进行说明。在步骤S31中，对成为盖30的硅晶片进行清洗。在步骤S32中，如图7所示，在盖30的第5面30a的整面形成氧化硅，形成绝缘层31。
在步骤S33中，在盖30上形成成为接合部40的第2金属层42。具体而言，如图7所示，在盖30的形成接合部40的接合面30a1，例如以钛(Ti)的薄膜为基底，例如通过溅射处理和蚀刻处理形成金(Au)的薄膜。将钛的薄膜和金的薄膜合起来例如为20nm。
接着，对接合工序和单片化工序进行说明。在步骤S41中，使第1金属层41和第2金属层42的表面活性化。在步骤S42中，对第1金属层41和第2金属层42进行活性化接合。
首先，如图8所示，使第1金属层41的表面和第2金属层42的表面活性化。具体而言，通过对第1金属层41和第2金属层42照射中性氩离子束等，使第1金属层41和第2金属层42的表面活性化。
然后，如图9所示，在配置有振动元件70和树脂体20的基座10上载置盖30，使第1金属层41和第2金属层42接触。即，使基座10侧的硅晶片和盖30侧的硅晶片贴合。
根据这种活性化接合，第1金属层41和第2金属层42的表面的金属原子、在本实施方式中为金(Au)原子在第1金属层41与第2金属层42的接触面中产生扩散、重组而进行接合，因此，成为没有接合界面的牢固接合。此外，通过使第1金属层41和第2金属层42的表面平滑，能够仅利用第1金属层41和第2金属层42的表面的自由表面能来进行接合，因此，能够在常温下且不进行主动加压地进行接合。
此时，可以进行加压，也可以不进行加压。在进行加压的情况下，能够更可靠地进行室温下的接合。在表面粗糙度(Ra：算术平均粗糙度)为5nm以下等平滑的情况下，能够仅利用自由表面能而瞬间地实现接合，因此，不需要较大的加压力，也可以不进行主动加压。
此外，接合部40的下层的绝缘层、CMOS晶体管、电容器等电路元件功能不会由于接合工序中的载荷、热等负荷而受损，能够在电路元件上接合盖30，能够确保振动器件100的小型化、从硅晶片取得振动器件100的数量。此外，该情况下，接合装置的负荷也减轻，因此，能够利用更加低价的装置进行接合。
此外，在接合时不施加过大的压力或热，因此，在集成电路52的至少一部分和树脂体20重叠的情况下，也能够减少接合时的集成电路52的破损。进而，能够使振动器件100小型化。
另外，在本实施方式中，通过活性化接合来接合第1金属层41和第2金属层42，但是，也可以使用原子扩散接合。通过使用原子扩散接合，与活性化接合同样，能够在接合时不施加过大的压力或热地接合第1金属层41和第2金属层42。
通过活性化接合来接合第1金属层41和第2金属层42，形成接合部40。这样，基座10侧的硅晶片和盖30侧的硅晶片被贴合，得到多个振动器件100一体地形成的状态的硅晶片。
在步骤S43中，通过对硅晶片进行研磨、研削而薄板化，使振动器件100薄型化。在步骤S44中，在基座10的第2面10b形成绝缘层62和外部端子60。在步骤S45中，进行频率调整。
在步骤S46中，使用切割等切断方法从硅晶片使各振动器件100单片化。通过以上的制造工序，能够制造振动器件100。
如上所述，本实施方式的振动器件100具有：基座10，其具有第1面10a和与第1面10a处于正反关系的第2面10b；振动元件70，其配置于第1面10a；环状的树脂体20，其具有与第1面10a接合的第3面20a和与第3面20a处于正反关系的第4面20b，在从与第1面10a正交的方向俯视观察时包围振动元件70；以及盖30，其具有第5面30a和与第5面30a处于正反关系的第6面30b，被配置成利用第1面10a和第5面30a夹着振动元件70，树脂体20在第4面20b配置有第1金属层41，盖30在第5面30a配置有第2金属层42，第1金属层41和第2金属层42被接合，由此，振动元件70被基座10、树脂体20和盖30密封。
根据该结构，如第1金属层41和第2金属层42那样接合无机材料并进行密封，因此，与第1金属层41和第2金属层42是有机材料的情况相比，能够提高气密性，能够抑制产生振动元件70即振动器件100的频率的随时间变化。进而，在基座10与盖30之间配置树脂体20，因此，在基座10中的与接合部40重叠的区域存在凹凸的情况下，也能够利用树脂体20进行吸收，能够提高气密性。
另外，除了第4面20b以外，第1金属层41还可以配置于树脂体20的侧面20c、20d，树脂体20被第1金属层41覆盖，由此，能够进一步提高气密性。
此外，在振动器件100中，优选树脂体20的与第3面20a以及第4面20b连接的侧面20c、20d被保护膜21包覆。根据该结构，树脂体20的侧面20c、20d被保护膜21包覆，因此，能够提高气体阻隔性，能够进一步提高气密性。
此外，在振动器件100中，优选树脂体20在第4面20b与第1金属层41之间配置有保护膜21。根据该结构，在基座10上配置树脂体20后，在树脂体20的整体包覆保护膜21即可，因此，不需要局部地去除保护膜21，能够使制造工艺变得容易。
此外，在振动器件100中，优选第1金属层41和第2金属层42被活性化接合。根据该结构，通过进行活性化接合，能够成为没有接合界面的牢固接合。由此，能够在常温下且不进行主动加压地接合第1金属层41和第2金属层42。
此外，在振动器件100中，优选第1金属层41和第2金属层42包含金。根据该结构，由于包含金，因此，在第1金属层41和第2金属层42的表面不会形成金属氧化膜。由此，在活性化接合或原子扩散结合中，不需要去除金属氧化膜，能够容易地接合第1金属层41和第2金属层42。
此外，在振动器件100中，优选基座10在第1面10a和第2面10b中的至少一方配置有具有集成电路52的半导体基板50。根据该结构，在基座10的第1面10a、第2面10b配置有半导体基板50，因此，与使半导体基板50分体的情况相比，能够使振动器件100小型化。
此外，在振动器件100中，优选集成电路52配置于第1面10a，在俯视观察时，树脂体20与集成电路52的至少一部分重叠地配置。根据该结构，集成电路52和树脂体20重叠地配置，因此，相比于集成电路52和树脂体20不重叠地配置的情况，能够使振动器件100小型化。此外，在由于在第1面10a配置集成电路52而在基座10中的接合部40的下层产生凹凸的情况下，也能够利用树脂体20吸收凹凸，因此，能够提高振动器件100的气密性。
此外，在振动器件100中，优选在第2面10b配置有外部端子60，外部端子60和集成电路52经由配置于基座10的贯通电极61而电连接。根据该结构，将与集成电路52电连接的外部端子60配置于第2面10b，因此，例如能够在硅晶片的状态下使用外部端子60确认电气特性。
下面，对上述实施方式的变形例进行说明。
在上述实施方式中，通过硅基板形成盖30，但是，也可以通过硼硅酸玻璃等形成盖30。硼硅酸玻璃具有与从硅晶片形成的基座10相同的线膨胀系数，因此，能够抑制热应力引起的频率变动，此外，能够省略形成绝缘层31的步骤S32。
此外，第2金属层42也可以形成于第5面30a的整面。能够通过第2金属层42对空间S进行静电屏蔽，因此，能够抑制噪声的影响，此外，能够省略用于仅在接合部40形成第2金属层42的蚀刻工序。
另外，上述的振动器件100能够良好地用作振荡器、加速度传感器、角速度传感器等惯性传感器。
Claims (8)
1.一种振动器件，其特征在于，其具有：
基座，其具有第1面和与所述第1面处于正反关系的第2面；
振动元件，其配置于所述第1面；
环状的树脂体，其具有与所述第1面接合的第3面和与所述第3面处于正反关系的第4面，在从与所述第1面正交的方向俯视观察时包围所述振动元件；以及
盖，其具有第5面和与所述第5面处于正反关系的第6面，被配置成利用所述第1面和所述第5面夹着所述振动元件，
所述树脂体在包含所述第4面的表面配置有第1金属层，
所述盖在所述第5面配置有第2金属层，
所述第1金属层和所述第2金属层被接合，由此，所述振动元件被所述基座、所述树脂体和所述盖密封。
2.根据权利要求1所述的振动器件，其特征在于，
所述树脂体的与所述第3面以及所述第4面连接的侧面被由无机材料构成的保护膜包覆。
3.根据权利要求2所述的振动器件，其特征在于，
所述树脂体在所述第4面与所述第1金属层之间配置有所述保护膜。
4.根据权利要求1至3中的任意一项所述的振动器件，其特征在于，
所述第1金属层和所述第2金属层被活性化接合。
5.根据权利要求1至3中的任意一项所述的振动器件，其特征在于，
所述第1金属层和所述第2金属层包含金。
6.根据权利要求1至3中的任意一项所述的振动器件，其特征在于，
所述基座在所述第1面和所述第2面中的至少一方配置有具有集成电路的半导体基板。
7.根据权利要求6所述的振动器件，其特征在于，
所述集成电路配置于所述第1面，
在所述俯视观察时，所述树脂体与所述集成电路的至少一部分重叠地配置。
8.根据权利要求7所述的振动器件，其特征在于，
在所述第2面配置有外部端子，
所述外部端子和所述集成电路经由配置于所述基座的贯通电极而电连接。
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